- Thành phần chủ yếu của nước thải sinh hoạt là chất hữu cơ (chiếm khoảng 58%), ngòai ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm.
XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC
4.1.2.3. Điều khiển quá trình
Việc điều khiển tự động quá trình trung hòa (kiểm soát pH) của nước thải là vấn đề rất khó bởi các lý do sau:
- Quan hệ giữa pH và nồng độ hoặc dòng tác chất không phải là mối quan hệ đường thẳng, đặc biệt khi gần đến điểm trung hòa
- pH của dòng vào có thể thay đổi rất nhanh
- Lưu lượng dòng vào thay đổi có thể lên đến hai lần trong vài phút
- Một lượng nhỏ tác nhân hóa học được trộn đều trong một lượng lớn nước thải trong một khoảng thời gian rất ngắn
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Đặc điểm của phương pháp trung hòa?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Ưu điểm của phương pháp trung hòa bằng trộn lẫn hóa chất
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Để việc hòa trộn diễn ra tốt thì có biện pháp nào hỗ trợ không?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Trung hòa bằng cho qua lớp vật liệu lọc có nhược điểm gì?
4.2. Kết tủa [3 tr 376]
4.2.1. Giới thiệu chung
Phương pháp kết tủa được sử dụng để loại bỏ phosphor và ion kim loại nặng có trong nước thải công nghiệp.
Hóa chất kết tủa thường được sử dụng là OH-
, CO32-, S2- trong quá trình kết tủa, pH là một nhân tố quan trọng quyết định khả năng hòa tan hay kết tủa của các ion trong nước.
4.2.2. Một số ứng dụng
4.2.2.1. Xử lý phosphor
- Hóa chất được sử dụng để loại bỏ phosphor là calcium, sắt hoặc nhôm.
- Phosphor kết tủa với calcium sẽ có độ hòa tan thấp và quá trình này phụ thuộc lớn vào pH. Kết tủa phosphor với calcium được biểu diễn như phương trình sau:
5Ca2+ + 7OH- + 3H2PO4 Ca5OH(PO4)3 + 6H2O
4.2.2.2. Xử lý Arsen
- Để kết tủa arsen, NaS hay H2S thường được sử dụng.
- Nồng độ arsen trong nước đầu ra 0.05 mg/L đã đạt được khi sử dụng S2-
làm chất kết tủa ở pH = 6 – 7.
- Trong trường hợp này, để đạt yêu cầu xả thải, nước thải phải được lọc trước khi thải vào môi trường.
- Với nồng độ arsen thấp (0.2 mg/L) sau khi qua lớp lọc là than hoạt tính, nồng độ đầu ra đã giảm xuống còn 0.06 mg/L.
4.2.2.3. Barium
- Barium có trong nước thải của quá trình sản xuất sơn, màu, luyện kim, thủy tinh, gốm sứ, sản xuất thuốc nhuộm, thuốc nổ,…để loại bỏ barium, sulfate thường được sử dụng do barium sulfate có độ hòa tan thấp.
- Khi sử dụng sulfate để kết tủa barium, nồng độ barium sau kết tủa đã đạt được từ 0.03 – 0.3 mg/L.
- Chromium có trong nước thải xi mạ, màu, dệt nhuộm, thuộc da,…do Cr6+ không kết tủa, nên để xử lý Cr trong nước thải, Cr6+
được đưa về Cr3+ trước khi tiến hành kết tủa. Phản ứng khử Cr6+ thành Cr3+ như sau:
Cr6+ + Fe2+ + (SO2 hoặc Na2S2O3) + H+ Cr3+ + Fe3+ + SO42- - Phản ứng này xảy ra rất nhanh ở pH nhỏ hơn 3
Cr3+ + 3OH- Cr(OH)↓
- Để phản ứng khử xảy ra hoàn toàn, thường lượng Fe2+ trong thực tế được lấy = 2.5 lượng Fe2+
tính theo lý thuyết.
4.2.2.5. Coppere (Cu)
- Đồng có trong các loại nước thải phát sinh từ các hoạt động công nghiệp như xi mạ, sản xuất hóa chất, điện tử, thuốc bảo vệ thực vật,…
- Hóa chất kết tủa thường được sử dụng là hydroxit (OH-). Khi sử dụng hydroxit để kết tủa, nồng độ của đồng trong nước sau xử lý có thể đạt được từ 0.05 – 2.0 mg/L ở pH = 9.0 – 10.3.
4.2.2.6. Chì (Lead – Pb)
- Chì thường có trong nước thải sản xuất pin/accu,…để kết tủa chì thường sử dụng các hóa chất như CO32-, OH- và S2-; tùy theo hóa chất và pH kết tủa mà nồng độ chì trong nước sau xử lý dao động ở các giá trị khác nhau như:
+ CO32- ở pH = 9.0 – 9.5: nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
+ OH- (vôi) ở pH = 11.5: nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
+ S2- ở pH = 7.5 – 8.5 thì nồng độ của chì trong nước sau xử lý 0.01 – 0.03 mg/L;
4.2.2.7. Manganese
- Mangan thường có trong nước thải ngành công nghiệp sản xuất thép, sản xuất pin/accu khô, thủy tinh và gốm sứ, sơn, mực in, thuốc nhuộm. Để tách mangan hydroxit (OH-) thường được sử dụng.
4.2.2.8. Thủy ngân (mercury)
- Có trong nước thải ngành công nghiệp điện và điện tử, thuốc nổ, phim ảnh, thuốc bảo vệ thực vật, hóa dầu.
- Để loại bỏ thủy ngân hóa chất thường sử dụng là S2-
- Trong trường hợp dùng OH- thường dùng kết hợp với sắt hydroxide hoặc aluminum hydroxide.
- Khi sử dụng S2- để kết tủa thủy ngân thì nồng độ của thủy ngân trong nước sau xử lý = 10 – 20 µg/L
- Kết hợp với aluminum hydroxide nồng độ của thủy ngân trong nước sau xử lý = 1 – 10 µg/L
- Kết hợp với sắt hydroxide nồng độ của thủy ngân trong nước sau xử lý = 0.5 – 5 µg/L;
4.2.2.9. Kẽm (Zine)
- Kim loại kẽm thường có trong nước thải ngành xi mạ, sản xuất kim loại,…để kết tủa kẽm, tác nhân S2-, OH- thường được sử dụng.
- Ví dụ khi kết tủa kẽm bằng hydroxit (OH-) ở pH = 8.7 – 9.3 thì nồng độ kẽm còn lại trong nước sau xử lý giao động trong khoảng từ 0.2 – 0.5 mg/L.
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Phương pháp kết tủa được dùng để xử lý các loại nước thải
nào?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Các loại hóa chất thường dùng để keo tụ?
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: pH ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như thế nào?
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: pH của quá trình keo tụ đồng là bao nhiêu thì hiệu quả keo
tụ là tốt nhất?
4.3. Oxi hóa học [3 tr 377]
4.3.1. Ozone
Ozone thường dùng để khử màu và phần chất hữu cơ không phân hủy sinh học trong nước thải đầu ra của hệ thống xử lý
Trong một số trường hợp TOC (tổng carbon hữu cơ) giảm nhưng BOD tăng (10 – 40 mg/L) do sự biến đổi chất hữu cơ từ chất khó phân hủy sinh học thành chất dễ phân hủy sinh học.
Để tăng hiệu quả quá trình oxi hóa bằng ozone, các xúc tác thường được thêm vào. Quá trình oxi hóa bằng ozone thường kết hợp với các quá trình sau:
- Ozone – xúc tác (ion kim loại, oxit kim loại, muối nhôm, carbon hoạt tính) - Ozone – hydrogen peroxide, ozone – UV
H2O2 được sử dụng để xử lý các chất hữu cơ có độc tính, khó phân hủy sinh học và cải thiện khả năng phân hủy sinh học của nước thải (tăng BOD)
Phản ứng chỉ sử dụng H2O2 thường diễn ra rất chậm, để tăng hiệu quả và tốc độ phản ứng người ta thường sử dụng xúc tác.
Xúc tác thường sử dụng là: +Chỉnh pH cao
+Sử dụng xúc tác kim loại như ferrous sulfate (Fenton‟s reagent), phức của Fe (Fe-EDTA hoặc Heme), Cu hoặc Mn
+Sử dụng enzyme tự nhiên như horseradish peroxidase.
Hiện nay xúc tác đang được sử dụng rộng rãi là ferrous sulfate (FeSO4 hay Fenton‟s reagent) ở pH khoảng 3.5.
4.3.3. Oxi hóa bằng clo
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxi hóa thông dụng nhất, được sử dụng để khử trùng, oxi hóa H2S, các hợp chất chứa methyl sulfide, phenol, xyanua và màu trong nước thải.
Tuy nhiên ngày nay người ta hạn chế sử dụng clo do trong quá trình phản ứng có sự hình thành các hợp chất độc hại.
Câu hỏi thảo luận
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Ưu điểm của phương pháp dùng ozon để xử lý nước?
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Dùng ozon để xử lý những loại nước có tính chất gì?
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Trong trường hợp tổng tổng carbon hữu cơ giảm nhưng BOD tăng là do nguyên nhân gì gây nên?
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Quá trình phân hủy chất hữu cơ từ khó phân hủy sang dễ
phân hủy là do đâu?
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Hiện nay trong ngành cấp thoát nước thường dùng ozon để
làm gì?
Bài tập tại lớp
Câu 1: Khi kết hợp với aluminum hydroxide nồng độ của thủy ngân trong nước sau xử lý
bằng bao nhiêu? A. 1- 10 µg/L B. 5 – 10 µg/L C. 10 – 20 µg/L
Câu 2: Khi dùng kết hợp với sắt hydroxide nồng độ của thủy ngân trong nước sau xử lý bằng bao nhiêu? A. 0.1 – 2 µg/L B. 0.5 – 5 µg/L C. 1 – 10 µg/L D. 5 – 10 µg/L
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Khi xử lý nguồn nước thải có chứa kẽm mà dùng phương
pháp kết tủa thì pH bằng bao nhiêu là hiệu quả nhất? A. pH = 6.5 – 8.5
B. pH = 8.7 – 9.3 C. pH = 9 – 11 D. pH = 10 - 12
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Nồng độ kẽm còn lại sau khi xử lý bằng két tủa hydroxit
còn lại bao nhiêu?
A. Từ 0.2 – 0.5 mg/L. B. Từ 0.5 – 1.5 mg/L. C. Từ 1.5 – 2.5 mg/L. D. Từ 2.5 – 3.5 mg/L.
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Mangan thường có trong loại nước thải nào?
A. Sản xuất gỗ, thủ công mỹ nghệ B. Sản xuất sắt, thép
C. Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật D. Sản xuất hóa dầu
Hướng dẫn trả lời: 1a, 2b, 3b, 4a, 5b
Bài tập về nhà
Anh (chị) hãy tính toán, thiết kế bể phản ứng kiểu vách ngăn với sự tuần hoàn nước theo chiều ngang cho trạm xử lý có công suất: 45.000 m3/ ngày đêm
Hướng dẫn: Cho biết:
Chiều rộng bể lắng ngang 14m
-Nước có độ đục cao, chọn thời gian nước lưu trong bể là 25 phút -Hb = 2,2 m, vận tốc dòng nước dọc theo hành lang v = 0,2 m/s
Bài tập cuối chƣơng
Câu 1: Anh (chị) hãy cho biết: Clo được sử dụng để khử trùng các chất nào trong nước
thải?
A. Phenol
B. Xyanua
C. Màu
D. Tất cả các ý trên
Câu 2: Anh (chị) hãy cho biết: Hiện nay xúc tác đang được sử dụng rộng rãi kèm theo với
H2O2 trong xử lý nước là loại nào? A. FeSO4
B. CaSO4
C. MnSO4
D. CuSO4
Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết: Khi TOC giảm nhưng BOD tăng (10 – 40 mg/L) do sự biến
đổi của?
A. Chất hữu cơ từ chất khó phân hủy sinh học thành chất dễ phân hủy sinh học. B. Chất hữu cơ từ chất dễ phân hủy sinh học thành chất khó phân hủy sinh học. C. Chất hữu cơ từ chất khó phân hủy hóa học thành chất dễ phân hủy hóa học. D. Chất hữu cơ từ chất dễ phân hủy hóa học thành chất khó phân hủy hóa học.
Câu 4: Anh (chị) hãy cho biết: Để tăng hiệu quả quá trình oxi hóa bằng ozon các quá trình
nào thường được sử dụng kết hợp nhiều nhất? A. Ozone – xúc tác ion kim loại
B. Ozone – UV
C. Ozone – hydrogen peroxide D. Cả ba ý trên
Câu 5: Anh (chị) hãy cho biết: Khi lựa chọn tác nhân phản ứng của quá trình trung hòa
bằng hóa chất thì cần quan tâm đến vấn đề gì?
A. Tốc độ phản ứng, ảnh hưởng của việc cho dư hóa chất. B. Chi phí mua hóa chất
C. Các loại muối hòa tan D. Câu A & C đúng E. Câu A & B đúng F. Câu B & C đúng
Chƣơng 5